一个质量点可以摧毁一颗恒星?当物体以光速运动,威力有多大?

在科幻作品《三体》之中,一直企图征服地球的三体文明,最终被另一个高等文明所发射的质量点彻底摧毁了,连同三体星在内的整个恒星系全部因为一个小小的质量点而烟消云散。

什么是质量点呢?可以将其简单理解为一个最小的质量单位,它比一粒尘埃、一个分子、一个原子都更加微小。在我们的常识之中,一粒尘埃是无法带来任何破坏性的,无论我们怎样去操作这一粒尘埃,它几乎都无法对任何事物造成任何物理损伤。我们的常识并没有出错,因为我们是生活在一个宏观低速环境之中的,在这里,一切运动都极为缓慢,不论是汽车、飞机,还是运载火箭,它们都太慢了。那么什么样的速度才叫快呢?当然是光速,光速是宇宙间最快的速度,是宇宙最基本的物理法则。

任何有质量的物体无法达到光速,而如光子一般没有质量的物体则只能以光速运行。

那么如果假设一个有质量的物体达到了光速,那又会怎么样呢?那么这个物体将会具有无以伦比的威力。在《三体》之中,一个小小的质量点之所以能够摧毁一整个恒星系,奥秘就在于这个质量点是以光速运动的。为什么有质量的物体在以光速运动的时候会产生如此巨大的威力呢?

要解答这个问题,我们先要明白为什么在现实世界中,有质量的物体无法达到光速。根据质能方程可知,有质量的物体在加速的过程中会产生一个惯性质量,而惯性质量与引力质量是等效的。随着物体运动速度的不断提高,惯性质量也会随之增大,一开始,这种惯性质量的增加是有限的,但随着速度不断接近于光速,惯性质量的增加就会变得十分恐怖。

在理论上,当一个有质量的物体的运动速度无限趋近于光速,其惯性质量的增加也将趋近于无穷大,而继续加速就需要有无穷大的能量来进行推动,而宇宙间不存在无穷大的能量,所以也不可能将有质量的物体推进到光速。

到这里,我们已经明白了,当一个有质量的物体加速到光速将会具有怎样的威力。尽管物体的静止质量可能很小很小,但只要它具有静止质量,那么当它到达光速的时候也就会拥有无穷大的质量,而被一个拥有无穷大质量的物体撞击,结果可想而知。当然,我们也可以换一种更为具体的方式来描述光速物体所具有的威力,那就是它的动能。那么一个光速物体,它的动能有多大呢?如果我们摆出动能公式,就会发现结果和我们所预想的并不一样。

众所周知,动能公式为Ek=(mv∧2)/2,在这个公式中,m表示物体的质量,v表示物体的运动速度。

通过动能公式,我们一眼就可以看出,一个初始质量很小的物体,即使它的速度达到光速,其动能依旧是非常有限的,即使与其它物体撞击也不足以造成毁天灭地的破坏力。

那么到底是哪里出了问题呢?问题就在于动能公式不能用于计算光速以及接近光速运动的物体。动能公式是以经典物理学作为基础的,而经典物理学实际上是宏观低速环境下的一种特例,一旦我们进入到高速环境之中,经典物理学就变得无能为力了。所以要计算一个物体光速或接近光速时所具备的动能就需要应用到另外一套理论,它就是相对论。

在将数据带入到相对论公式之中后,我们也就得到了正确的结果,无论物体的初始质量有多么微小,在接近光速的时候都会具有极大的动能,而如果一个具有静止质量的物体的速度达到了光速,那么这个物体的动能也将变为无穷大。

一个拥有无穷大动能的物体不仅能够摧毁行星、恒星,它的力量甚至足以将整个宇宙摧毁。不过这一切并不会发生,因为一个物体想要具有无穷大的动能,首先必须拥有无穷大的能量将其加速到光速才行。目前人类所能够制造的最高速度其实已经相当接近于极限了,在大型强子对撞机之中,质子的速度已经可以达到每秒299792455米,而光速为每秒299792458米。

发表评论
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:

相关文章

推荐文章